(57)【要約】【課題】移動機と照明器具との間で適正かつ効率的な光学系を形成すべく、移動機（端末装置）や光通信装置の発光輝度を必要最小限に留める光通信技法を提供する。【解決手段】照明光通信装置(100)と端末装置(200)とから構成される照明光通信システムでは、照明光通信装置が、情報が重畳された照明光を時分割されたタイムスロットの各々に割り当てて照射する照明部(110,LED-DWN)と、タイムスロットの各々のタイミングを示すパイロット光を発光するパイロット光発光部(120,PL)とを備える。端末装置は、パイロット光を受光する受光手段(210,PD2)と、パイロット光の受光レベルの基準とされるべき基準受光レベルを格納する記憶手段(240)と、受光した前記照明光通信装置から発光された、前記パイロット光と前記格納されている基準受光レベルとに基づき、前記パイロット光の輝度を調整するよう前記照明光通信装置に指示する指示光を発光する発光手段(220,LED-UP)とを備える。【選択図】  図１
2007324672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光通信装置と端末装置とから構成される照明光通信システムにおいて、
前記照明光通信装置が、
情報が重畳された照明光を時分割されたタイムスロットの各々に割り当てて照射する照明部と、
前記タイムスロットの各々のタイミングを示すパイロット光を発光するパイロット光発光部と、
を備え、
前記端末装置が、
前記照明光通信装置から発光されたパイロット光を受光する受光手段と、
前記パイロット光の受光レベルの基準とされるべき基準受光レベルを格納する記憶手段と、
前記受光手段で受光した前記照明光通信装置から発光された、前記パイロット光と前記格納されている基準受光レベルとに基づき、前記パイロット光の輝度を調整するよう前記照明光通信装置に指示する指示光を発光する発光手段と、を備える、
ことを特徴とする照明光通信システム。
【請求項２】
照明光通信装置から照射される情報を重畳した照明光を用いて通信を行う端末装置であって、
前記照明光通信装置から発光されるパイロット光を受光する受光手段と、
前記パイロット光の受光レベルの基準とされるべき基準受光レベルを格納する記憶手段と、
前記受光手段で受光される前記照明光通信装置から発光された前記パイロット光と、前記格納されている基準受光レベルとに基づき、前記パイロット光の輝度を調整するよう前記照明光通信装置に指示する指示光を発光する発光手段と、
を備えることを特徴とする端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光通信システムおよび端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のLEDの発光輝度向上に伴ってLED(Light Emitting Diode)を用いた照明器具、情報表示器具による情報配信、双方向通信についての議論が活発になってきている。LEDは応答速度に優れ、電気的に制御を行いやすい特徴を持つ為、LEDを用いた照明器具では人の目に感知されない速度で明滅させる事で照明機器としての機能に加えて通信機器としての機能も同時に備えることが出来る。
【０００３】
可視光を用いた通信は、無線通信システムにおいて医療機器や航空機の航行制御機器など生命に関わる重要な機器へ妨害を与えてしまう可能性がある問題や、赤外線通信における人の目への照射により障害を与えてしまう問題などを引き起こさないシステムとして優れた一面を有している。
【０００４】
可視光通信システムでは発光部と受光器との光軸合わせを行って適正かつ効率的な光学系を形成させる必要があり、従来はこの光軸合わせを移動機のユーザが目視で行っていた。この光軸合わせを改善する従来技術として、光軸調整を一人で行う為に対向する光受信装置に受信状態に応じて発光信号強度、色、点滅周期、点滅の幅などの発光状態を変化させる装置を加える事で光軸合わせの精度向上と調整時間を短縮する技術（特許文献１を参照されたい。）が提案されている。
【０００５】
また、光軸合わせのさらなる従来技術として、ターミナルユニットに可視光を発する指示器であるレーザポインタを着脱自在に取り付け可能とすることにより、必要な時だけターミナルユニットの光軸とサテライトユニットの光軸を一致させる事が安価に行える装置（特許文献２を参照されたい。）が提案されている。
【０００６】
また、さらなる従来技術として、照明通信装置が発するデータにより変調された照明光を受光して、データを取得する受光手段と、照明光をコーナーキューブリフレクタを用いて反射すると共に送信すべきデータに従って変調された反射光を送出する反射変調手段を持ち、照明光光源に向けて反射光を送出する装置（特許文献３を参照されたい。）が提案されている。
【０００７】
また、さらなる従来技術として、照明の照度を低下させることなく、また、ディスプレイの輝度レベルを低下させることなく通信を行う装置（特許文献４を参照されたい。）が提案されている。従来では端末から照明装置側へのデータ送信においても下り通信と同じく例えば携帯電話の補助ライトやフラッシュ光源などの白色光源を用いてデータを送信する事が考えられていた。
【特許文献１】特開平４−１１７７３６号公報（光空間通信システム等）
【特許文献２】特開平５−１５３０６３号公報（光軸調整構造）
【特許文献３】特開２００４−０７２３６５号公報（照明光通信）
【特許文献４】特開２００４−０７２３６５号公報（光通信装置等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の照明光を利用した光通信システムでは、「下り光」の制御に重きが置かれ、移動機側から照明器側への「上り光」の制御については殆ど考えられていなかった。即ち、移動機（端末装置）と照明光通信装置との間で、適正かつ効率的な光学系を形成するためには、「上り光」（上り通信光）の利用や制御も重要になるが、これに関する技術は殆ど開発されていない。また、適正かつ効率的な光学系を実現させるため、移動機が発光したい相手（照明光通信装置側）への光軸合わせを行うことは考えられているが、移動機側の発光輝度を制御する事までは考えられていなかった。また、特許文献１、２の従来のシステムでは、光軸合わせは使用者が行う必要があり、ユーザの利便性が損なわれているうえ、光軸を合わせたのみで発光電力の最適化を行っていない為、無駄な電力を消費してしまう問題があった。
【０００９】
また、特許文献３のシステムでは、移動機通信装置からの発光源が照明光通信装置の発光源であるため、照明輝度が暗い場合、移動機通信装置の送信データが送信できない問題があった。
【００１０】
照明光通信システムにおいては、双方向通信を時分割多重方式とし、上り通信とタイミングを変えて通信を行う事が考えられるが、システムのデータ伝送効率が落ちてしまう問題が発生してしまう。特に下り通信では、動画情報配信やユーザの情報収集頻度が多い事が考えられる為、高速な伝送速度である事が好ましいが、上り通信と時間をシェアする事になる分データ伝送速度が低下してしまい問題である。上り／下りのデータ伝送速度を最大化するためには夫々の通信路を別々に有する事が必要である。このため上り、下りの通信フレームは非対称であり、下りの通信伝送速度を重視したフレームとする事が重要視されると考えられる。
【００１１】
このとき、白色LEDから明かりを得ている環境において、端末から照明装置側受光器へのデータ送信に白色LEDを用いるとＳ／Ｎ比が悪化してしまう問題が発生してしまう。特にオフィスで用いられる照明装置は、オフィス内作業者の手元の照度を確保する必要がある事、照明ムラは好ましくない事から蛍光管のように指向性が弱く、強い光を出す必要がある。駅構内や病院の待ち合わせ室などについても同様の傾向が強い。この環境下で端末からの発光を受光するセンサは強い照明光に晒される可能性が高い。このため、端末からの発光が白色であった場合には照明光が強い干渉源となってしまい、照明装置側の受光センサのＳ／Ｎ比が悪化する結果となってしまう。
【００１２】
本発明は、これらの問題点を鑑みてなされたものであり、照明光にデータを重畳させて伝送する複数の照明器具と、可視光に重畳されたデータを移動機に向けて送信する双方向光伝送システムにおいて、移動機と照明器具との間で適正かつ効率的な光学系を形成すべく、移動機（端末装置）や光通信装置の発光輝度を必要最小限に留め、かつ他の移動機からの同時アクセスを防止する事ができるような光通信技法を提供する事を目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による照明光通信システムは、
照明光通信装置と端末装置とから構成される照明光通信システムにおいて、
前記照明光通信装置が、
情報が重畳された照明光を時分割されたタイムスロットの各々に割り当てて照射する照明部（LEDなど）と、
前記タイムスロットの各々のタイミングを示すパイロット光（試験光）を発光するパイロット光発光部（LEDなど）と、
（光を受光する受光部（フォトトランジスタ、CCDなど）と、）
を備え、
前記端末装置が、
前記照明光通信装置から発光されたパイロット光を受光する受光手段（フォトトランジスタ、CCDなど）と、
前記パイロット光の受光レベル（輝度レベル）の基準とされるべき基準受光レベルを格納する記憶手段と、
前記受光手段で受光した前記照明光通信装置から発光された、前記パイロット光と前記格納されている基準受光レベルとに基づき（双方を比較してその比較結果に基づき）、前記パイロット光の輝度を調整するよう前記照明光通信装置に指示する指示光（例えば、輝度、色、発光タイミングや発光パターンを調整して輝度調整を指示する）を発光する発光手段と、を備える、
ことを特徴とする照明光通信システムである。
【００１４】
また、第２の発明による端末装置は、
照明光通信装置から照射される情報を重畳した照明光を用いて通信を行う端末装置であって、
前記照明光通信装置から発光されるパイロット光を受光する受光手段（フォトトランジスタ、CCDなど）と、
前記パイロット光の受光レベル（輝度レベル）の基準とされるべき基準受光レベルを格納する記憶手段と、
前記受光手段で受光される前記照明光通信装置から発光された前記パイロット光と、前記格納されている基準受光レベルとに基づき（双方で比較してその比較結果に基づき）、前記パイロット光の輝度を調整するよう前記照明光通信装置に指示する指示光（例えば、輝度、色、発光タイミングや発光パターンを調整して輝度調整を指示する）を発光する発光手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
上述したように本発明の解決手段を装置（システム）として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、端末装置（移動機）と照明光通信装置との間で適正かつ効率的な光学系を形成して、端末装置や光通信装置の発光輝度を必要最小限に抑えることが可能となる。特に、２装置間に介在する外乱（温度、湿度、大気中に浮遊する塵、人物による遮蔽、部屋の外からの入射光など）や、２装置間の距離・位置関係などに応じて容易に影響を受け易い当該光学系の変動に適時に対応して、端末装置側から発光される光の輝度を最適なものに調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明による照明光通信装置の構成を説明する。本発明による光通信システムは、受発光装置が互いに同期を取っており、決められたタイミングでデータ通信を行う可視光を用いて通信を行う。また、照明光側受光器の周囲に光源(パイロット光)を少なくとも2つ以上有する。また、当該光源受光器の中心部を中心点とする円の円周上に配置されている。これら複数のパイロット光源が赤、緑、青色LEDからなり、それぞれ複数色を発光できる。また、複数のパイロット光源がそれぞれ時間的に異なるタイミングで発光する。パイロット光の輝度、色、タイミングを制御する事で移動機の発光輝度を制御する。移動機発光輝度制御(通信のネゴシエーション)が開始されるとパイロット光の発光タイミングを輝度制御タイミングで発光させる。移動機の発光輝度確定後にパイロット光の発光輝度を調整し最適化する。通信を継続している間、移動機発光輝度制御とパイロット光輝度制御を一定周期で行う。
【００１８】
上記構成によって、上り通信の発光を照明光の波長と異なる波長の光を用いる事でＳ／Ｎが悪化しない通信を行うことが出来る。このため、少ない電力で質の高いデータ通信を行うことが出来る。言い換えると同じ電力でもデータ伝送レートを上げる事が出来る。従来では人が光軸合わせを行っていたが、本発明では光軸合わせを自動で行え、かつ移動機の最適な発光輝度制御を行うので、ユーザは受光器の位置を意識する事が無く利便性に富む。また、ユーザが光軸調整を気にする必要が無いため、メールやＷｅｂ閲覧などのアプリケーションを停止する事無くデータを送信することができる。
【００１９】
移動機は受光器の位置を特定後に発光を開始するので移動機の発する指向性の高い光によって受光器周囲（天井や壁）を明るく照らしてしまう事を防ぐ事ができる。
一定周期でパイロット光をサーチする事で光軸を合わせ続けることができる為、移動機が移動しながらでも光通信を行うことが出来る。移動機は受光器が必要とする最小限の光量で発光する為、データ通信時に消費する電力を必要最小限に留める事ができる。
【００２０】
発光素子であるLEDの輝度特性は用いられる色により異なっている。例えば赤と青のLEDでは使用している材料の違い等から発光効率が異なる。製品シリーズの違いでも発光特性が異なる。Ａ社のＢシリーズとＣ社のＤシリーズとの違いである。また、同一製品であっても個々の特性は完全には一致せずばらつく。この特性ばらつきを移動機毎に行うキャリブレーションにより解消できる為、素子の輝度ばらつきを許容する事ができる。輝度制御を行う為、受光環境の変化(シンチレーション)による変動を吸収することが出来る。
【００２１】
移動機の発光輝度調整後、パイロット光の輝度制御を行う事により、パイロット光源を駆動する消費電流を必要最小限に抑えることができる。
複数台の移動機が通信を開始しようとするときに起こりうる通信が衝突する事をほぼ避ける事ができる。
【００２２】
移動機の送信するデータサイズが大きく、空きスロットがある場合、空きスロットをデータ送信に用いる事によって送信スループットを上げる事が簡単に行える。
パイロット光サーチ後からは一対一通信となるため、上りも下りの通信も信号レベルのみを監視すれば良く変調を行う必要が無い。このためシステムが簡素であり、復調の為の複雑な処理を行う必要が無い。特に移動機にとっては演算処理を行わない事によって処理速度が速くかつ低消費電力化を図る事ができる。
【００２３】
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。図１は、本発明による照明光通信システムの基本構成を示すシステム構成図である。図に示すように、本発明による照明光通信システムは、照明光通信装置100、および、少なくとも１つの端末装置（移動機）200から構成される。照明光通信装置100は、照明部110、パイロット光発光部120、受光部130、フォトディテクタPD1、パイロット光源PL、照明用ＬＥＤ(LED-DWN)、および、これらの各部ならびに装置全体の制御を司る制御部140を備える。照明部110は、複数のＬＥＤ（LED1,LED2,LED3など）が設けられた照明用ＬＥＤ(LED-DWN)を用いて、情報が重畳された光通信用照明光（下り光）を時分割されたタイムスロットの各々に割り当てて照射する。この光は、照明光と通信媒体として機能する。また、パイロット光発光部120は、フルカラーを再現できるように３色の発光素子（PL1,PL2,PL3）を含むパイロット光源PLを用いて、タイムスロットの各々のタイミングを示すパイロット光（試験光）を発光する。また、受光部130は、光（可視光）を検知する機能をフォトディテクタPD1を用いて端末装置200から出射された光（光通信用上り光、或いは指示光）を受光する。制御部140は、受光部130で受光した端末装置200から発光された光の受光レベルに基づき、パイロット光発光部120が発光する光（例えば、輝度、色、スロット内での発光タイミングや発光パターン「発光タイミングを変更する、複数回光る、複数回の発光の間で異なる輝度や色で光るなど」）を調整するよう制御する。
【００２４】
端末装置200は、受光手段210、発光手段220、制御手段230、および、記憶手段240、フォトディテクタPD2、および、上り光用ＬＥＤ(LED-UP)を備える。受光手段210は、フォトディテクタPD2を用いて照明光通信装置100から発光されたパイロット光を受光する。発光手段220は、上り光用ＬＥＤ(LED-UP)を用いて光を発光する。制御手段230は、受光手段210で受光した照明光通信装置100から発光された、調整されたパイロット光に基づき、発光手段220が上り光用ＬＥＤ（LED-UP）を用いて発光する光の輝度を調整するよう制御する。
【００２５】
図２は、本システムの全般を示す概念図である。天井には、通常照明である照明光通信装置10、および、スポット用の照明光通信装置10Aが設置されている。天井の下の空間には、ユーザが携行する、或いは、テーブル上に置かれている移動機（端末装置）20がある。照明光通信装置10,10Aは、発光素子にLEDを用いた照明用ＬＥＤ12を備えており、可視光を用いた通信を行うことが出来る。また、照明光通信装置10,10Aは、照明光側受光器13を備え、この受光器は、受光センサ14、および、この受光センサの周辺に設けられた複数のパイロット光源15を含む。
【００２６】
ここで、移動機（端末装置）20は、ユーザがデータ通信を目的として持ち歩く端末の事を指し、ノートパソコン、ラップトップパソコン、ＰＤＡ、携帯電話端末などが挙げられるが、無線通信手段を備える必要はない。ユーザが、ある程度の期間にわたって照明光を用いたデータ通信を行う場所としては、喫茶店、航空機や列車内、病院の待ち合わせ室や病棟、オフィス等が最も当てはまる。移動機が通信を行う対象は、狭義の照明装置のみではなく、ネオンや看板、電光掲示板などの光を用いた発光装置・表示装置など、光源にLEDアレイを用いる、もしくは置き換えられる装置全てが範囲となる。一般的に、下りデータ伝送はＷｅｂサイト閲覧や映像、音楽のダウンロード、店舗の各種情報の配信などがあり、上りと比べて使用される頻度が多いと共にデータ伝送速度が求められる事が多い。図では照明光装置に３つのLEDが備えられており、それぞれのLEDが移動機に専用的にデータを送信する為に用意されている。対して移動機は照明側の受光器に備えられている受光センサに向けてデータ送信を行う。下りデータ伝送と比較して上りデータ伝送の頻度は同等を求められない為、ここでは移動機３台がひとつの受光器に発光する仕組みとしている。
【００２７】
移動機20の受光センサ（図示せず）は、発光素子（図示せず）と光軸を等しくして一体的に備えられており、天頂方向に自由に向きを変えられる構造となっている。さらに、モータ（図示せず）も備えられており、天頂方向に自動で（光軸の）向きを変える事が出来る。受光センサは、具体的にはCMOSやCCDセンサの事を指し、移動機20はカメラを搭載している事になる。移動機20の発光素子は、信号を送りたい照明光側受光器のみに向かって発光することが望ましい。目的外の照明光側受光器13にとっては干渉光となりＳ／Ｎ比を低下させたり、無駄な処理を発生させたり、電力効率が低下したりするなどの理由から、移動機20の発光素子は指向性の強い光を発射する必要がある。このため、発光素子は指向性の強いLEDをさらに光学レンズを用いて集光させるか、半導体レーザを用いる事が必要となる。
【００２８】
図３は、照明光通信装置の構成要素である装照明側受光器の配置図である。照明光側受光器13は、受光センサ14、および、３つのパイロット光源16A,16B,16Cから構成される。これら３つのパイロット光源16A,16B,16Cでパイロット光発光素子群16を構成する。パイロット光源16A、受光センサ14、パイロット光源16Bは、それぞれの中心点が仮想直線L1上に位置する。また、パイロット光源16Cはその中心点が、仮想直線L1と直交する仮想直線L2上に位置する。また、仮想直線L1,L2は、天井SL内に位置する。また、パイロット光源16A,16B,16Cの各中心点は、仮想直線L1,L2の直交点を中心とする同じ円の円周上に配置されている。なお、図３は斜視図であり、作図の便宜上、各要素間の距離・位置関係は正確なものではない。
【００２９】
天井SLの下側空間の任意の場所に位置する移動機（端末装置）から、このように配置された各光源の位置（方向）を測位することによって、幾何学的に容易かつ確実に受光センサの中心点の３次元座標（即ち、２者間を結ぶ光軸）を決定することが可能となる。移動機は移動するものであり、パイロット光源から見た位置は一定ではない為、このように、受光センサ上を通る直線上に少なくとも２つの光源が位置しない場合には、受光センサの位置を特定する事が困難である。パイロット光源を複数備える場合にはそれぞれの位置を受光センサの中心部から等しく出来るだけ近くに配置する。また、等角度で各光源を配置する事で受光センサの位置を算出し易くなる。例えばパイロット光源が６個ある場合には各々の角度を６０°で配置する。
【００３０】
図４は、照明光通信装置の構成要素の制御ブロック図である。図に示すように、制御部340は、記憶部STなどから読み込まれたプログラムなどの命令を実行して装置全体の制御を司るCPU（演算手段）、パイロット光源群PLの発光輝度を制御する輝度制御部BLC、発光タイミングを制御する変調部MODなどから構成される。パイロット光源群PLは赤、緑、青のＬＥＤ（PL1,PL2,PL3）から成る。各色のＬＥＤ（PL1,PL2,PL3）は、赤色、青色、緑色用輝度制御部BLC1,BLC2,BLC3、タイミングを制御する各色用変調部部MOD1,MOD2,MOD3に接続されており、CPUからデータを受け取った変調部MODは入力信号に応じて制御を行う。信号はCPUの制御により発光輝度を制御される。クロック発生部CLKはシステムタイムを作る為に最適な周波数で発振し、データ送受信が必要となるブロックにクロックを供給する。このため様々なデータを必要とされるタイミングで送受信する事ができる。図示していないが、制御部340は、照明光通信用のＬＥＤのための輝度制御部、変調部も備え、照明光に情報伝達用データを重畳する以外はほぼ同様の操作を行う。
【００３１】
受光センサLSが受光した移動機（端末装置）からの光の受光レベル（輝度）をレベル検出器LMが検出して検出値をＡ／Ｄコンバータ（図示せず）でデジタル信号に変換した後でCPUに渡し、また、受光センサLSで取得された光信号は復調部DMで復調されCPUに渡される。また、CPUはデータ伝送路に接続されており、データを照明光通信用各LED（図示せず）への分配、データ加工、輝度制御や受発光タイミングの調整などの様々な処理を行う。データ伝送路は、ＬＡＮケーブルや光ファイバなどの通信線もしくは電力線通信を行っている場合には電源線に接続される。
【００３２】
図５は、照明光側受光器のデータ送受信タイミング、および、照明光通信装置のデータ送信タイミングを示すタイミングチャートである。このシステム全体が時間同期をかけて動作を行う。移動機と照明装置、受光器、パイロット光源は時間同期がかけられている。
【００３３】
図５（ａ）は、パイロット光源と受光器の発光・受光タイミングの概念図である。発光・受光タイミングは、パイロット発光区間と輝度調整区間（下り光）、データ受光区間（上り光）に分けられる。パイロット発光区間では図３などのような照明機側の受光センサ器周辺に備えられたパイロット光源が指定された色で発光している。移動機（端末装置）が受光センサの位置をサーチし、光軸を合わせるために用いられる。移動機が光軸合わせを終了すると、発光輝度調整に入る。このときに用いられるのが輝度調整区間である。データ送信区間は発光輝度調整が終了した時にデータ送信用に用いられる区間である。移動機の受信データは照明装置から送信され、照明光にデータを重畳しており、発光輝度は一定に保たれるように制御されている。本発明では移動機のデータ受信に関しての詳細記述は割愛する。スロット長（１スロットの時間間隔）はシステムに要求されるデータレートや照明光、パイロット光源、移動機のLED等の発光素子の応答特性により長さが求められる。高速なデータレートを要求される場合にはスロットを短くする必要がある。
【００３４】
図５（ｂ）は、照明装置のデータ送信タイミングである。下り通信は受光器が行っている輝度調整やパイロット輝度制御は必要無い。また、上りと下りのデータ伝送のフォーマットは異なっている。このため、信号の立ち上がりは受光器側と同じタイミングとなっているが照明光側受光器がパイロット輝度制御や移動機の輝度制御を行っている区間であっても照明装置ではデータを送信する事となる。
【００３５】
図６は、データ受光に重きを置いた場合のタイミングを示すタイミングチャートである。図５ではデータ受光区間は簡略化のため、各色1スロットでデータ送信する図となっているが、この図では赤（格子）、緑（網掛け）、青（横線）の３色を用いて５スロットを１単位の受光区間としてシステムを組んだ場合の図である。データの重要度に応じて１０スロットや１２８スロット等データビット数に応じた多数のスロットを割り当てる事となる。
【００３６】
図６は、５スロット受光時のシステムの動作タイミングの一例を示すタイミングチャートである。ここでは簡略化のため、照明光装置が３つのLEDで構成されており、パイロット光源が赤（格子）、緑（網掛け）、青（横線）の３色で制御を行っており、そのうちの２色で通信のネゴシエーションを行っている例とした。パイロット光源の色は赤、緑、青の３色のそれぞれの輝度を調整し混合する事により様々な色を作り出す事ができることは周知の事実である。パイロット光は照明装置が通信する事のできる端末数に応じて同数の色を用意する。例えば照明装置が１０個のLEDで構成されており、１０台の端末と通信できる場合にはパイロット発光源は１０色を用意し、１０スロットのタイミングで順次発光させる。
【００３７】
図７は、照明光通信装置が各移動機の発光輝度を制御するタイミングを示すタイミングチャートである。この例も赤、緑、青の３色で３つのスロット（即ち、チャネル）が用意されている。図７（ａ）に示すように、パイロット光源１、２が、空きスロットに対応した色のパイロット光（この例では３色とも空きスロット）を周期的に発光している。移動機側では、最初にパイロット光を認識する必要があるため、パイロット光サーチを行う。この時点では１フレームの長さが分からない為、通常システム上で使用される最も長い時間で受光する。受光したデータを処理し、最も強度の強いパイロット光の色を認識する。次にその色が少なくとも３回以上受光出来ているかを確認する。３回受光する事は少なくとも1周期(１フレーム)をサーチした事と等価となる。受光した光源が２つである区間がパイロット受光区間、光源が３つである区間が移動機輝度調整区間であるため発光光源の数の違いでパイロット発光区間を認識する事ができる。上記認識と同時に１フレームの時間を認識する事になる。
【００３８】
次に周辺のサーチ（光源検索操作）を行い最も強度の強いパイロット光を捜索する。捜索終了後は最も強度の強い光にカメラを向け、光軸合わせを行う。光軸合わせが終了した移動機は、照明光通信装置の受光センサに向かって発光する。図の例では、基準輝度B1でのパイロット赤色発光R1を受けて、図７（ｃ）に示すように、移動機1が応答赤色発光Re1を輝度BT1で行う。照明側受光センサは、移動機１からの光を受光すると同時にその強度を検査する。その強度に応じて移動機の発光輝度を制御するための信号をパイロット光源３から次のスロットで発光する。パイロット光源１、２はパイロット光源３の発光レベルの基準となるために常に一定の強度（基準輝度B1）で発光する。移動機からの光が、照明側受光センサの感度点に対して充分なレベルがある場合には、パイロット光源３をパイロット光源１、２に対して低いレベルで発光する。即ち、図７（ｂ）に示すように基準輝度B1と同じ基準輝度B2よりも低い輝度B3（輝度低下を指示する指示光となる）でパイロット光源３は赤色発光R3を出射する。この輝度低下の指示光である赤色発光R3を受けた移動機１は、前回の輝度BT1よりも低い輝度BT2で応答赤色発光Re2を出射する。感度点に至った場合にはパイロット光源１、２、３を同じ強さ（基準輝度B1,B2）で発光させる。感度点に対して余裕が無い時（輝度不足）は、パイロット光源３を強く発光させ、移動機の発光輝度を上昇させるが、これについて後述する。
【００３９】
次の区間はパイロット発光区間となるが輝度調整開始直後からはパイロット発光区間での発光は停止する。このことによりアクセスの衝突はアクセス要求を行う１スロットのみであるため、衝突はほぼ行われない。また、パイロットサーチを行っている移動機には、使用中の色を持つスロットは認識されなくなる為、パイロットサーチを開始した他の移動機は不必要なパイロット光の検出を行うことが無いため無駄な処理が発生せず効率的なサーチを行うことが出来る。
【００４０】
このパイロット光源の発光は高速（人が知覚する閾値よりも高速）で行う為、人の目は感知できない。従って照明装置の色温度をパイロット光の発光によって変化させる事はない。輝度制御レベルのステップは要求されるデータレートを考慮する事が好ましい。通信速度が遅く、輝度制御ステップが細かい場合には調整に時間がかかりすぎる為である。さらに、次の区間はデータ送信の区間である。輝度調整が終わると、この区間を用いてデータを送信する。データ送信中も輝度調整区間では常に輝度を調整し、調整されたレベルでデータ送信を行う。
【００４１】
図８は、パイロット光サーチから移動機発光輝度調整までの処理を示すフローチャートである。図に示すように、ユーザが可視光通信可能エリアに入るとユーザの操作により動作開始する。移動機はそのエリアのタイミングを調査する為にレンズをズームせずに一定時間受光する。移動機内のCPUで画像処理を行う事によりこの期間で自エリアが何色を用いたシステムであるかを認知する事ができる。また、最も受信レベルが強いパイロット光の立ち上がりタイミングを検波する。このタイミングに合わせて移動機のクロックを同期させる（S1,S2）。
【００４２】
次に、ステップS3で周辺サーチを開始する。移動機に搭載しているカメラの画角に合わせて天頂方向の全てに対してカメラを動かし（S4）、受光できるパイロット光の光強度と位置を順次記憶する（S5,S6）。パイロット光は一つの受光器につき２個以上で発光しているため、位置を特定しやすい。全てのサーチ終了したことを確認後（S7）、蓄積したデータから最も強度が強かった光を選定し、カメラ位置をこの光の方向の通信相手に合わせて（S8）、周辺サーチ動作を終了する（S9）。サーチ終了後、移動機は発光輝度制御動作（S10）に移る。サーチしたパイロット光を再度確認後、カメラにズーム機能が搭載されている場合、ズームを行う（S11）。移動機は移動する可能性が高く、カメラの画像が移動に合わせてぶれる事が予想されるため、ぶれを配慮したズームとするため、カメラの画像一杯までのズームは行わない。ズームを行う事で移動機発光手段の光軸と照明光側受光センサの中心軸を精度良く合わせる事になる。
【００４３】
次にステップS12において、移動機は照明光側受光器に対し始めて発光する。発光強度は予め記憶部に記憶している受光レベルに対応した発光レベル（所定輝度）が関連付けているテーブルに従う。光軸調整前に発光を行うと、照明光側受光器に発光できず、受光器が設置してある天井や壁を照らしてしまい無駄な電力を消費してしまうため行わない。照明光側で移動機からの発光を受光すると（S13）、そのレベルを検査する（S14）。
【００４４】
照明光通信装置には予め受光センサの感度レベル、移動機からの受光レベル基準を記憶している。受光レベルがこの基準外の時は基準レベル内にあるかを判定し（S15,S20）、基準レベル内に収まるまで移動機発光レベルを調節する一連の操作を行う（S16-S19,S22-S24）。この基準は受光センサの感度と、時間を追って移動してしまう移動機のレベル変動の許容値から求められており、感度点からこの許容値を加えた数値が記憶されている。
【００４５】
この基準より受光レベルが低い時は1段階強いレベルを発光するようにパイロット光を発光させる（S16）。例えば、図７の例では、青色発光BL1を受光した移動機２が、図７（ｄ）に示すように、応答青色発光を輝度BT3で出射し、これを受光した照明側受光センサの受光レベルが上記基準よりも低いと判定し、図７（ｂ）に示すうように、パイロット光源３がより高い輝度を指示する指示光である青色発光BL3を、基準輝度B2よりも高い輝度B4（即ち、パイロット１、２の基準輝度B1よりも強いレベル）で出射する。発光するタイミングは、図７に示す通り、輝度調整区間で発光するようにタイミングが変えられる。この時、周辺サーチを行っている移動機はパイロット光が見えなくなる為、サーチ対象外となりアクセスの衝突が回避される。移動機はパイロット光による輝度制御指示である青色発光BL3に従い１ステップ分強いレベル（輝度BT4）で応答青色発光BLe2を出射する。
【００４６】
基準レベル内（上限レベルおよび下限レベルの範囲内）に収まるまで輝度調整は続けられる。一方、移動機が照明側受光装置に対して遠方へ移動している事もある。このときは移動機の発光レベルが最大になり輝度を上げる事が出来ない状態となってしまう。この場合、移動機からの発光が届かなくなってしまう為、パイロット光サーチを開始し、近くの照明光側受光器のサーチを行う。基準レベルより高い時も低い時と同様に移動機輝度の制御を行い輝度の最適化を行う。
【００４７】
ここで、各処理中に通信路が遮蔽された事を感知した場合の処理を説明する。パイロットサーチ中の場合、遮蔽が発生したカメラ角度でパイロットサーチを複数回行い、遮蔽が継続される場合には次の角度でサーチを行う。移動機発光輝度調整中に遮蔽が発生した場合、複数回発光してもパイロット光の応答がない場合、サーチした結果で次に発光強度が強かった受光器と光軸調整を行う。ここでもパイロット光の応答がない場合、順次パイロットサーチの結果で強度の強い順に光軸を合わせに行く。パイロット発光輝度調整中に遮蔽が発生した場合、移動機発光輝度調整中と同様にパイロットサーチの結果から強い順に光軸調整を行い通信が確立するまで下位の候補との光軸合わせを継続する。それでも通信を確立できなかった場合にはパイロットサーチから行う。
【００４８】
図９は、パイロット光源がパイロット発光区間で発光する輝度を調整する輝度制御処理を示すフローチャートである。処理ステップは図８のフローチャートと連続しており、移動機の発光輝度制御終了後にパイロット光の輝度制御を開始する（S25）。パイロット光は元々照明光よりも輝度を高く設定してあり、この高い輝度でまずパイロット光は発光する（S26）。これは移動機がパイロット光をサーチし易くするための工夫である。ステップS27では、移動機が、受光したパイロット光の輝度を検査する。移動機には予め自身に搭載している受光センサの感度点この感度点よりも数ｄBのマージンを加えた値を基準レベルとして記憶部（メモリ）に記憶している。また、受光レベルと発光レベルが関連付けられてテーブルになっているデータを記憶している。移動機は受光レベルに応じて記憶しているテーブルに従い発光する。照明光側受光器はこの移動機からの発光レベルを検査して記憶する。
【００４９】
パイロット光源１，２，３は次も同じ強さの強度で発光するが、移動機はこの受光レベルが記憶している下限基準レベルより低いと判定された場合（S28）には、移動機がパイロット光を認識できなくなる恐れがあるため、移動機は前回の発光レベルより強い輝度で発光し、パイロット光源の輝度の強度を１段階上げるよう指示する指示光を発光する（S37）。この指示光を受け、パイロットは１段階高い輝度レベルで発光し（S38）、移動機側では受光レベルを検査し（S39）、再度基準レベルより低いかを判定するためステップS28に戻る。同様に、パイロット光の輝度を下げる動作は、ステップS29,S34,S35,S36の一連のステップで行われる。このように移動機は前回の発光輝度を基準としてパイロット光の輝度を上げたい時は直前の発光輝度より強く、下げたい時は弱く発光する事によってパイロット光の輝度を最適なレベルに調節する。
【００５０】
調整終了後（S30）、移動機から送信データを発光しデータを送信する（S31）。パイロット光輝度調整後はデータ移動機発光輝度制御に遷移する。この周期は、データ送信を終了したか（S32）、ユーザが移動機を操作し、通信終了処理を行うか（S33）、パイロットサーチを複数回行っても光源を見つけられなかった時、通信中に移動機の電源切れなどが発生した場合に終了する。パイロット光の輝度を最適化する利点には、消費電流の削減、および、離れた場所にある別チャネルのパイロット光源との干渉防止などがある。
【００５１】
図１０は、照明光側の発光輝度制御の調整タイミングを示すタイミングチャートである。移動機が発光輝度を調整し、照明光側受光部へパイロット光の輝度制御を指示する事によりパイロット光源の輝度を調整する。図１０（ａ）に示すように、基準輝度B1でパイロット光源１，２が赤色発光R1を出射する。図１０（ｃ）に示すように、この赤色発光R1を受けて、移動機１が応答赤色発光Re1を、当初の輝度BT1よりも低い輝度BT2で行う。これを受けた照明光側では、パイロット光源１，２，３を、基準輝度B1,B2よりも１段階下げた輝度B3,B4で赤色発光R2,R3を出射する。この赤色発光R2,R3を受けた移動機１は、この輝度で満足した場合は、当初の輝度BT1で応答赤色発光Re2,Re3を出射し、輝度制御が成功裏に終了したことを照明光側に通知する。
【００５２】
次に青色のパイロット光源の輝度を２段階下げる例を説明する。図１０（ａ）に示すように、基準輝度B1でパイロット光源１，２が青色発光BL1を出射する。図１０（ｄ）に示すように、この青色発光BL1を受けて、移動機２が応答青色発光BLe1を、当初の輝度BT3よりも低い輝度BT4で行う。これを受けた照明光側では、パイロット光源１，２，３を、基準輝度B1,B2よりも１段階下げた輝度B3,B4で青色発光BL2,BL3を出射する。この青色発光BL2,BL3を受けた移動機２は、この輝度で満足しない場合は、再度、当初の輝度BT3よりも低い輝度BT4で応答青色発光BLe2を出射する。これを受け、パイロット光源１，２，３は、基準輝度B1,B2よりも２段階下げた輝度B5,B6で青色発光BL4,BL5を出射する。
【００５３】
図１１は、発光期間を変えた時の制御例を示すタイミングチャートである。ここでは、図８の輝度制御の指示とは異なる手段で輝度制御を行う技法を説明する。図１１（ａ）に示すように、パイロット光源１，２は、緑のスロットが空きスロットであることを示す緑色発光G1を基準輝度B1で出射する。この緑色発光G1を受けた移動機２は、図１１（ｄ）に示すうように、接続要求のために照明光受光器に向けて輝度BT1で応答緑色発光Ge1を出射する。この状態に遷移することで移動機は接続要求が通り、輝度調整モードに入った事を認識する事ができる。パイロット光源３の発光パターンに輝度制御信号を含める。移動機２からの接続要求を受けた照明側受光器は受信レベルを検査し輝度調整を開始する。図は移動機２の輝度が低かった場合である。輝度制御モードに入るとパイロット光源３はパイロット光源１、２に対して強いレベルで発光させる。このようにパイロット光源１、２のレベルを基準にして次の発光レベルに強弱を与える事で輝度を調節可能となる。
【００５４】
図の例では、移動機２からの発光を認識した照明光側受光器では、次からのパイロット光をスロット内で点滅させる。即ち、１スロット内に２回発光する緑色発光G2,G3を出射する。パイロット光源３の緑色発光G3は、基準輝度B2よりも高い輝度B3で行い、移動機へ輝度増大を指示する。この輝度を指示する指示光である緑色発光G3を受けた移動機２は、当初の輝度BT1よりも１段階高い輝度BT2で応答緑色発光Ge2を出射する。照明光側では、この応答で輝度条件が満足したため、基準輝度B1,B2で緑色応答G4,G5をその後で出射して、輝度制御の終了を移動機２に知らせる。
【００５５】
赤色発光の場合は、輝度減少指示の例である。赤色発光R1を受けた移動機１が、図１１（ｃ）に示すように、当初の輝度BT3で接続要求を示す応答赤色発光Re1を出射する。移動機１からの発光を認識した照明光側受光器では、次からのパイロット光をスロット内で点滅させる、即ち、２回発光する赤色発光R2,R3を出射する。パイロット光源３の赤色発光R33は、基準輝度B2よりも低い輝度B4で行い、移動機1へ輝度減少を指示する。この輝度減少を指示する指示光である赤色発光R3を受けた移動機１は、当初の輝度BT3よりも１段階低い輝度BT4で応答赤色発光Re2を出射する。
【００５６】
このとき図８と比較してパイロットサーチの際にパイロット光輝度を検査する処理速度を速める必要が生じるが、輝度調整区間を単独で設ける必要が無くパイロット光発光区間と共用できる為、送信データレートが低下しない利点がある。パイロット光サーチ、移動機発光輝度調整、パイロット光輝度制御の手順は図８、図９と同じである。このときのパイロット輝度の低減は消費電流を削減するなどの効果がある。
【００５７】
図１２は、色変化による制御例を示すタイミングチャートである。この例では、パイロット光源の輝度は一定であり、光源３の色を変化することによって輝度増減を指示する。図１２（ａ）に示すように、パイロット光源１，２は、緑のスロットが空きスロットであることを示す緑色発光G1を基準輝度B1で出射する。この緑色発光G1を受けた移動機２は、図１２（ｄ）に示すうように、接続要求のために照明光受光器に向けて輝度BT1で応答緑色発光Ge1を出射する。この要求に対し照明光側受光器では移動機の発光を検出、レベルを確認し、基準レベルと比較を行う。図はレベルが低い場合であり、パイロット光源３を黄色（縦線）で発光して移動機２の発光輝度を増加させる指示を行う黄色発光Y1と、パイロット光源１，２の緑色発光G2を基準輝度B1,B2で行う。この輝度増加指示を示す黄色発光Y1を受けた移動機２は、当初の輝度BT1よりも高い輝度BT2で応答緑色発光Ge2を出射する。次の区間では輝度を調整する必要が無くなった為、接続要求を行った色で、緑色発光G3,G4を出射ししている。
【００５８】
一方、移動機１では赤のタイミングで接続要求を行っている。この例では、空きスロットを示す赤色発光R1を受けた移動機１が、図１２（ｃ）に示すうように、接続要求のために照明光受光器に向けて輝度BT3で応答赤色発光Re1を出射する。図はレベルが高い場合であり、パイロット光源３を水色で発光して移動機２の発光輝度を増加させる指示を行う水色発光W1と、パイロット光源１，２の赤色発光R2を基準輝度B1,B2で行う。この輝度減少指示を示す水色発光W1を受けた移動機１は、当初の輝度BT3よりも低い輝度BT4で応答赤色発光Re2を出射する。
【００５９】
このように移動機の発光輝度の制御を行う為の色を予め決めてルール化し、パイロット光源３で移動機の発光輝度を調整する。接続手順は前述の例と同じである。この方法では図７の場合のように輝度調整のための区間を設ける必要が無く、かつ、図１１のように光源を点滅させる必要も無いためさらに発光効率が良い利点がある。但し、輝度調整に使用する予め指定した２色はパイロット光源１，２に用いる事ができないデメリットがある。
【００６０】
図１３は、輝度を１スロットで複数段階変化させる制御例を示すタイミングチャートである。前述例までは移動機の輝度の増減は移動機に予め設定している１段階毎でしか制御できなかった。しかし、実際には移動機を有するユーザの移動速度が速く、空間損失量が急速に増減してしまう事も考えられる。これに対応する為には１スロットにおける制御幅を増やす必要が生じる。図はパイロット光源３を用いて移動機への輝度制御を２段階行っている例である。パイロット光源３が１スロット内で３回の点灯を行う。最初の点灯はパイロット光源１、２と輝度を合わせて点灯し、輝度制御の基準値とする。２番目、３番目の点灯で移動機の発光輝度を調整する。このパイロット光の輝度を上げると移動機の輝度を上げる、パイロット光の輝度を下げると移動機の輝度を下げる事とする。
【００６１】
図１３（ｃ）は、移動機１が輝度が若干弱いため1段階だけ発光強度を増した例である。パイロット光源１，２の赤色発光R1を受けた移動機１は、当初輝度BT1で接続要求を示す応答赤色発光Re1を出射する。これを受けて、パイロット光源３は、３回発光する赤色発光R3を出射するが、３回点滅の1回目の出射は基準輝度B2で行い、輝度の１段階増大を指示するために２、３回目の出射は１つ高い輝度B3で出射する。この1段階の輝度増大指示の赤色発光R3お受けた移動機１は、当初輝度BT1よりも１段階高い輝度BT4で応答赤色発光Re2を出射する。この応答赤色発光Re2で輝度条件を満足した光源１，２，３は基準輝度B1,B2で赤色発光R4,R5を出射する。
【００６２】
一方、移動機２は輝度が非常に強いため、1番目のスロットで２段階レベルを下げる指示を緑色発光G3の輝度B5(基準輝度より1段階低い輝度)、B6(基準輝度より２段階低い輝度)の組み合わせで示してある。これを受けた移動機２は、当初輝度BT3よりも2段階低い輝度BT2の応答緑色発光Ge2で発光し、さらに次回の応答緑色発光Ge2では、さらに２段階低い輝度BT5で発光している。このうように２番目のスロットでも２段階強度を下げており、２スロットで４段階輝度を下げている。同様にスロット内の発光数を増やす事により、３段階以上の輝度制御も行える効果がある。この効果により急激なレベル変動に対して移動機の輝度を追随させる事が可能となる。
【００６３】
移動機から送信されるデータサイズが大きく、送信に時間を要する事が予想される場合がある。このとき、現在通信を行っている受光器に空いている通信路がある場合にはこれを用いても良い。例えば、図７の場合には緑色（網掛け）タイミングが空きスロットとなる。移動機は応答緑光発光で接続要求後、輝度の最適化を行い、データを送信することが出来る。このとき、図８のフローチャートにおけるパイロットサーチ、光軸合わせは既に終わっている為、必要ない。移動機からのデータ送信時間を半減する事ができる。このように空きチャネルを状況に応じて複数本、データ送信に用いる事でデータ伝送速度を向上させることが出来る効果がある。
【００６４】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。実施例では、照明光側（パイロット光源）から端末装置に対する輝度制御の変形例（色変化で輝度値変更を指示する指示光形式、１スロット内で点滅発光するなどの発光パターン変化させる指示光形式、或いは、１スロット内で複数回発光し、そのなかでさらに輝度値を変化させる２段階以上の輝度変化を指示する指示光形式など）を多く説明したが、このような指示光の制御原理は、端末装置側から照明光通信装置（パイロット光源）の輝度制御に対しても適用し得るものであるあることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明による照明光通信システムの基本構成を示すシステム構成図である。
【図２】本システムの全般を示す概念図である。
【図３】照明光通信装置の構成要素である装照明側受光器の配置図である。
【図４】照明光通信装置の構成要素の制御ブロック図である。
【図５】照明光側受光器のデータ送受信タイミング、および、照明光通信装置のデータ送信タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】データ受光に重きを置いた場合のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】照明光通信装置が各移動機の発光輝度を制御するタイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】パイロット光サーチから移動機発光輝度調整までの処理を示すフローチャートである。
【図９】パイロット光源がパイロット発光区間で発光する輝度を調整する輝度制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】照明光側の発光輝度制御の調整タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１１】発光期間を変えた時の制御例を示すタイミングチャートである。
【図１２】色変化による制御例を示すタイミングチャートである。
【図１３】輝度を１スロットで複数段階変化させる制御例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
10,10A  照明光通信装置
12  照明用ＬＥＤ
13  照明光側受光器
14  受光センサ
15  パイロット光源
16  パイロット光発光素子群
16A,16B,16C  パイロット光源
L1,L2  仮想直線
SL  天井
20  移動機
100  照明光通信装置
110  照明部
120  パイロット光発光部
130  受光部
140  制御部
PL  パイロット光源
LED-DWN  照明用ＬＥＤ
LED-UP  上り光用ＬＥＤ
200  端末装置
210  受光手段
220  発光手段
230  制御手段
240  記憶手段
PD1,PD2  フォトディテクタ
340  制御部
BLC  輝度制御部
CLK  クロック発生部
ST  記憶部
CPU  演算装置
DM  復調部
LM  レベル検出器
LS  受光センサ
MOD  変調部
R1,R2,R3,R4,R5  赤色発光
BL1,BL2,BL3,BL4,BL5  青色発光
G1,G2,G3,G4,G5  緑色発光
Re1,Re2,Re3,Re4  応答赤色発光
BLe1,BLe2  応答青色発光
Ge1,Ge2,Ge3  応答緑色発光
W1  水色発光
Y1  黄色発光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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